苹果汁浓缩过程中三效并流蒸发器的设计方案.doc

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1、苹果汁浓缩过程中三效并流蒸发器的设计方案1设计说明书在制作果汁中，待处理好原理后，需要将果汁进行浓缩。现以每天72吨（按8h/天计）的流量将苹果汁固形物为12%的溶液浓缩到40%，原料液在第一效的沸点下加入，料液比热容为；各效蒸发器中溶液的平均密度分别为：，，。加热蒸汽绝压为，冷凝器的绝压为。根据经验，取各效蒸发器的总传热系数分别为：，，。各效加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出，各效传热面积相等，并忽略热损失，不考虑液柱静压对沸点的影响。试设计一合适的三效并流蒸发系统满足生产要求。2主要参数说明处理能力：每天72吨（按8h/天计）苹果汁。设备型式：中央循环管式蒸发

2、器操作条件：①将苹果汁固形物为12%的溶液浓缩到40%，原料液温度为第一效沸点温度，料液比热容为②加热蒸汽绝压为，冷凝器的绝压为。③各效蒸发器中溶液的平均密度分别为：，，，各效蒸发器的总传热系数分别为：，，。④各效加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出，各效传热面积相等，并忽略热损失,不考虑液柱静压对沸点的影响。3设计计算多效蒸发工艺计算的主要依据是物料衡算、热量衡算及传热速率方程。计算的主要项目有：加热蒸汽的消耗量，各效溶剂蒸发量以及各效的传热面积。计算的已知参数包括：料液的流量、温度和组成，加热蒸汽的压力和冷凝器中的压力等。3.1设计方案的确定随着工业技术的发展，

3、蒸发设备的结构与形式亦不断改进和创新，其种类繁多，结构各异。在工业中常用的间接加热蒸发器分别为循环型和单程型两大类。循环型的蒸发器中有中央循环管式、悬框式、外加热式、列文式及强制循环管等，单程型的蒸发器有升膜式、降膜式、升-降膜式等。本设计选择中央循环管式蒸发器。因为循环型蒸发器中的中央循环管式又称标准式蒸发器，在化学工业中应用广泛。结构和原理：其下部的加热室由垂直管束组成，中间由一根直径较大的中央循环管。当管液体被加热沸腾时，中央循环管气液混合物的平均密度较大；而其余加热管气液混合物的平均密度较小。在密度差的作用下，溶液由中央循环管下降，而由加热管上升，做自

4、然循环流动。溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数，强化了蒸发过程。这种蒸发器结构紧凑，操作可靠，传热效果好。但溶液的循环速度低，传热温差小，影响了传热。在中央循环管安装一旋浆式搅拌器即构成强制循环蒸发器，可是液体的循环速度提高2～3倍。下图为并流加料三效蒸发物料衡算和热量衡算的示意图：3.2估算各效蒸发量与完成液浓度苹果汁原料液加料量总蒸发量因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出，可设3.3估算二次蒸汽压强及溶液沸点和有效温度差加热蒸汽绝压为,冷凝器的绝压为。设各效间压力降相等，则总压力差为各效间的平均压力差为由各效的压力差可求得各效蒸发室的压力，即由各效的二次蒸汽

5、压力，从手册中可查的相应的二次蒸汽的温度和汽化潜热列于下表中。效数一二三二次蒸汽压力34018020二次蒸汽温度（即下一效加热蒸汽的温度）137.78116.8460.08二次蒸汽的汽化潜热（即下一效加热蒸汽的汽化潜热2155.182213.912354.92（1）各效由于溶液沸点而引起的温度差损失根据各效二次蒸汽温度（也即相同压力下水的沸点）和各效完成液浓度查的相应质量分数的沸点升高：糖液不同质量分数对应的常压沸点升高浓度/%15.2321.6440.00常压下的沸点升高0.200.331.00再计算各效由于溶液蒸汽压下降所引起的温度差损失：℃℃℃℃（2）由

6、于不考虑液柱静压对沸点的影响，故温度差损失不计，即（3）由流动阻力而引起的温度差损失，取经验值1℃，即1℃，则℃。故蒸发室装置的总的温度差损失为：℃（4）各效料液的温度和有效温度差，由各效二次蒸汽压力及温度差损失，即可由下式估算各效料液的温度，各效料液的温度为：℃℃℃有效总温差：查手册可得500kPa饱和蒸汽的温度为151.67℃，汽化潜热为2113.25KJ/kg，所以℃。3.4加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量第一效的热量衡算式为：对于沸点进料，，考虑到苹果汁浓缩热的影响，热利用计算式为，式中为第效蒸发器中料液浓度的变化。所以，第二效的热量衡算式为：第三效的热量

7、衡算式为：又解得：3.5估算蒸发器的传热面积误差为，误差较大，故应调整各效的有效温度差，重复上述计算步骤。3.6重新分配各效的有效温度差重新分配有效温度差，得：3.7重复上述计算步骤（1）计算各效料液浓度，它们分别为：（2）计算各效料液的温度。因末效完成液浓度和二次蒸汽压强不变，各种温度差损失可视为恒定，故末效溶液的沸点仍为，而，则第三效加热蒸汽温度（也即第二效二次蒸汽温度）为：由于各种温度差损失可视为恒定，，故第二效溶液的沸点为：同理，由，可求得由，求得温差重新分配后各效温度情况见下表：效数一二三加热蒸汽的温度/℃151.67132.52105.43有效温度

8、差/℃17.9125.7243.59各